纳米复合材料ZnO/TiO_2-ZrO_2的制备及其微波辅助光催化降解甲基橙

采用EO20PO70EO20（P123）作为模板剂,通过溶胶-凝胶-程序升温溶剂热一步法将金属氧化物ZnO掺杂到TiO2-ZrO2二元体系中,经过450℃煅烧,制备了三元纳米半导体复合材料ZnO/TiO2-ZrO2。通过X-射线衍射、氮气吸附-脱附测定、透射电子显微镜以及扫描电镜配合X-射线能量色散谱仪等测试手段对合成...     

Bi_2WO_6/ZnO:一种在可见光下具有优良光催化性能的花状新型复合材料（英文）

印染废水具有水量大、色度高、难生化降解、有毒有害物质多等特点;另外抗生素废水的大量排放对水生和陆地生态系统带来了危害.光催化可有效降解有机物,因而被广泛研究和应用,其多以半导体作为光催化剂.ZnO因价廉、无毒、来源广、光催化活性高而广受关注.但是,由于其带隙较宽,只能被紫外光激发,对太阳光的利用率低,且易发生光腐蚀,光稳定性较差,从而大大降低了光催化活性,不利于其应用.将ZnO与其他半导体复合是改善其光催化活性的最有效方法之一.铋基光催化剂一直是光催化领域的研究热点,作为无机半导体纳米晶之一,Bi_2WO_6具有无毒性、适当的带隙和优异的光催化性能,因而得到广泛关注.本文将Bi_2WO_6复合到ZnO上以降低ZnO带隙能,提高其对太阳能的转换,降低电子-空穴的复合几率,促进电荷转移的有效分离,从而提高ZnO的光催化性能.本文采用两步水热法合成了一种异质结的花状Bi_2WO_6/ZnO复合材料.通过降解亚甲基蓝(MB)和四环素,研究了其光催化性能.结果表明,该Bi_2WO_6/ZnO复合材料对MB和四环素具有优异的光催化活性,对它们的光降解效率分别是纯ZnO的246和4500倍,相应地,对这两种污染物的光降解率分别是纯ZnO的120和200倍.活性因子捕获实验结果显示,超氧自由基在光催化降解过程中起主要作用,其次是羟基自由基和光生空穴.采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、紫外-可见漫反射、N_2吸附脱附、X射线光电子能谱、荧光光谱、光电流等方法对材料的形态结构、孔结构、化学组成、带隙能、光吸收性质、载流子复合效率等进行了分析.复合后Bi_2WO_6/ZnO的形貌为微米尺寸纳米结构的花状绒球,直径约为4μm,带隙能量从3.2 eV降为2.6 eV.Bi_2WO_6/ZnO为介孔结构,复合后比表面积为原来的4.98倍.所制备的Bi_2WO_6/ZnO光催化剂比纯Bi_2WO_6和ZnO颗粒具有更高的瞬态光电流密度(约为4.5μA).综上,Bi_2WO_6和ZnO成功复合形成了异质结,降低了ZnO的禁带宽度,促进了电子和空穴的有效分离,从而提高了其光催化活性.     

取向纳米ZnO/Cu_2O异质结阵列的制备及光电特性

以水热合成法制备的一维取向n型ZnO纳米线阵列为衬底,采用电化学沉积法在其上沉积生长一层p型Cu2O半导体包覆层,制备出了新型ZnO/Cu2O异质结纳米线阵列光敏器件.利用XRD、SEM、TEM、XPS、PL及光响应特性等测试方法对样品的形貌、晶体结构、化学成分及光电特性进行了分析表征.研究了生长条件对ZnO/Cu2O异质结纳米线阵列各种特性的影响.研究发现,适宜的沉积电压和沉积时间是保证ZnO/Cu2O异质结光敏器件具有适宜厚度核壳包覆层及较好光响应特性的关键因素.研究结果为ZnO及Cu2O半导体材料在光敏器件中的应用提供了实验基础.     

稀土改性ZnO应用及研究进展

ZnO具有光催化活性、强光敏性等优点被广泛关注,但是ZnO使用中存在诸多局限性,如宽禁带、不可吸收可见光、光催化效率降低等。稀土元素加入ZnO中可改变改善ZnO的电导率、光学、发光、磁性等物理性质,重点阐述了稀土掺杂ZnO材料应用现状,包括磁半导体、太阳能电池、气体传感器、发光材料、光催化剂和生物系统等。综述不同稀土元素修饰改性ZnO研究进展并给出相关建议,La掺杂ZnO可将光吸收范围拓宽到可见光区域,非均相半导体-离子复合材料有望实现多功能光催化剂的制备;Ce掺杂ZnO应深入机制研究或采用共掺杂等工艺提高光催化活性;掺Er的ZnO纳米管通过刺激Er离子的特征辐射制备绿色发光二极管;Sm可敏化材料的光致发光性,掺Sm的ZnO具有优异的性能,未来应扩大Sm应用领域并提高稀土利用率;Nd掺杂ZnO的研究应集中在铁磁性及抗菌活性,并进一步表征反应机制;开发应用于氢能和环境减排的高性能光催化剂、气体传感器或太阳能电池、薄膜晶体管等光电器件;建立性能设计和组装的数据库,降低成本并实现工业化生产。     

Sol-Gel法制备La~(3+)改性的TiO_2纳米粉体

在常用的半导体光催化材料中,研究较多的有TiO2、ZnO、CdS等[1-3],其中TiO2因性能稳定、催化活性高、无毒、不产生二次污染和成本低廉等优点,在光催化降解污染物领域显示出优越的应用前景[3-6].     

用TiO2，ZnO及Fe2O3纳米粒子光催化氧化庚烷的反应

 制备了三种n－型半导体氧化物TiO2，ZnO和Fe2O3纳米粒子，用X射线衍射和N2吸附技术分别对它们的结构及比表面积进行了表征．考察了三种氧化物粒子对庚烷的气相光催化氧化反应的催化活性．研究表明，对于同种催化剂，随着焙烧温度的升高，催化剂的粒径增大，比表 面积减小，光催化活性下降．三种催化剂纳米粒子的光催化活性顺序为TiO2（锐钛矿）＞ZnO＞Fe2O3，金红石型TiO2粒子的催化活性低于ZnO粒子．结合能带理论探讨了三种催化剂光催化活性差异的原因．     

掺杂ZnO应用领域与表征方法研究进展

ZnO是第三代宽禁带半导体的代表性材料之一,广泛应用于光电子领域。对ZnO进行选择性掺杂能够实现对其性能的调控与优化。本文综述了掺杂ZnO在光催化、太阳能电池与显示面板领域的应用;重点介绍了掺杂元素的定性、定量表征方法,并系统分析了每种表征方法的优势和局限性;最后展望了ZnO掺杂技术与表征方法的发展前景。     

纳米ZnO的制备及光催化活性的研究

纳米ZnO由于它的电子结构的特性和潜在的应用受到广泛的关注[1].ZnO既是一个典型的催化材料,又是一类非常有代表性的电化学,光化学半导体材料[2].ZnO的制备国内外有不少报道,如溶胶凝胶法[3]、喷雾干燥法[4]、超声辐射沉淀法[5]等.……     

ZnO-TiO2和WO3-TiO2复合薄膜光催化剂的制备与性能

采用溶胶一凝胶法在多孔钛片上制备了 ZnO-TiO₂和WO₃-TiO₂复合半导体光催化剂,用甲基橙的光催化降解反应对所得薄膜的催化活性进行评价,并通过XRD和DTA等手段对样品进行了表征.结果表明,ZnO和WO₃的掺入降低了TiO₂的相转变温度,ZnO适宜掺杂量为0.1 mol%, WO₃适宜掺杂量为0.5 mol%, ZnO-TiO₂和WO₃-TiO₂复合薄膜比纯TiO₂薄膜光催化活性分別高出77.0%和96.7%.     

ZnO纳米粒子的光物理性质──微量水对荧光的影响

ZnO不仅是极其重要的半导体材料,而且还广泛用做化学反应的催化剂,光催化剂和光电转换材料。近年来,ZnO纳米粒子的制备和应用得到了广泛的研究,但许多问题并不十分清楚。譬如,对ZnO颗粒的可见荧光的发生机制就众说纷纭。Henglein等认为ZnO可见荧光由ZnO颗粒表面的阴离子空位引起,而Bahnemann等却认为可见荧光由被捕获的光生电子向被捕获的空穴越迁而引起。本文通过微量水对ZnO超微粒的荧光的影响的研究,进一步阐明ZnO荧光的产生机理。结果支持了Bahnemann的观点。     

微波法合成氧化锌纳米棒

以氯化锌为锌源,碳酸钠为矿化剂,水为溶剂,微波辐照10 min制备了结晶性好的半导体ZnO纳米棒.经XRD,FESEM,TEM和SAED表征,ZnO纳米棒直径为40 nm～80 nm,长度为300 nm～500 nm,沿着c轴择优取向生长.对ZnO纳米棒生长机制进行了分析.     

微波回流合成哑铃状氧化锌微晶

以乙酸锌和六次甲基四胺的水溶液为前驱体溶液,微波回流10min,成功制备出结晶性好的半导体哑铃状ZnO.用X-射线衍射分析、能量色散X射线分析和场发射扫描电子显微镜对粉体进行了表征.结果表明,ZnO呈哑铃状,单分散、粒径分布均匀,沿c轴择优取向对称生长,平均直径300nm,长度达微米级.并对哑铃状ZnO的生长过程进行了简单分析.     

ZnO的改性及其光催化性能的研究进展

氧化锌(ZnO)是一种重要的半导体光催化剂，具有光催化活性高、价格低廉、化学稳定性好和无毒无害等优点.但是其自身存在一定的缺陷，国内外学者曾采用多种方法对其修饰改性.本文主要综述了ZnO修饰改性的方法，包括掺杂金属与非金属、贵金属沉积、构建异质结及耦合碳材料.其次，综述了复合材料的光催化性能，最后对ZnO在光催化方面的发展前景进行了展望.     

WO3纳米颗粒修饰ZnO纳米管的光催化性能

二甲四氯钠(MCPA-Na)是一种广泛用于牧场和果园的除草剂,但由于其生物降解性极低,已成为地下水和浅水中的主要污染物.研究发现,半导体可以有效地辅助降解转化危险化学品.ZnO纳米管因其中空结构和较大的比表面积,而在光催化降解有机物方面备受关注.但是,ZnO只能吸收紫外光,如果将其与窄带隙半导体进行复合,可以有效降低带隙,增强其在可见光区域的光吸收,表现出更好的光催化性能.WO3是一种具有稳定物理化学性质及耐光腐蚀窄带隙半导体.采用WO3修饰ZnO纳米管,能扩展ZnO吸收光的范围以及提高ZnO纳米管的耐光腐蚀性能.本文首先通过电化学合成的方法制备了ZnO纳米管,然后按照不同的W/Zn摩尔比将(NH4)6H2W12O40·XH2O滴加在纳米管表面,并在450 ℃下退火2 h制得ZnO-WO3纳米管阵列.研究了不同WO3含量的ZnO-WO3纳米管光催化降解MCPA-Na性能,并且通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)等手段研究了复合WO3纳米颗粒后ZnO纳米管半导体光催化性能提高的原因.XPS结果表明,W元素在ZnO-WO3纳米管阵列中以W6+的形式存在.FTIR结果表明,复合WO3后的ZnO-WO3复合半导体上比纯ZnO纳米管表面具有更多的OH-基团.由于OH-可以捕获光生空穴,并转化为具有反应活性的●OH自由基,因此复合WO3能在一定程度上提高ZnO纳米管的光催化活性.UV-Vis结果表明,WO3的复合使得光谱发生明显红移,但随着WO3含量的增加,ZnO-WO3的吸光度明显增加.另外,PL结果表明,适当的复合WO3可以抑制光生电子-空穴的复合.这是因为W6+和晶格氧的相互作用产生了较高不饱和键和表面缺陷,而表面缺陷可以作为光生载流子的陷阱,促进了光生电子和空穴的分离,因而光催化性能提高.在模拟太阳光下研究了不同WO3含量的ZnO纳米管对光催化降解MCPA-Na溶液的性能.发现W/Zn摩尔比为3%的ZnO-WO3样品表现出最好的光催化活性,200 min内其降解率为98.5%.与纯ZnO纳米管相比,其光催化循环性能也有所提高.利用Mott-Schottky测试方法并结合UV-vis结果,我们计算得到不同WO3含量的ZnO-WO3复合半导体导带价带位置.由于WO3导带位置和价带位置都比ZnO的更高,WO3上产生的光生电子会向ZnO的导带移动,而ZnO光生空穴向WO3的价带移动,从而促使光生电子和空穴的分离,提高了光催化性能.但是如果WO3复合的量太大,则在ZnO纳米管上分散性不好,反而成为光生空穴和电子复合中心,导致其光催化活性降低.     

WO_3纳米颗粒修饰ZnO纳米管的光催化性能（英文）

二甲四氯钠(MCPA-Na)是一种广泛用于牧场和果园的除草剂,但由于其生物降解性极低,已成为地下水和浅水中的主要污染物.研究发现,半导体可以有效地辅助降解转化危险化学品.ZnO纳米管因其中空结构和较大的比表面积,而在光催化降解有机物方面备受关注.但是,ZnO只能吸收紫外光,如果将其与窄带隙半导体进行复合,可以有效降低带隙,增强其在可见光区域的光吸收,表现出更好的光催化性能.WO_3是一种具有稳定物理化学性质及耐光腐蚀窄带隙半导体.采用WO_3修饰ZnO纳米管,能扩展ZnO吸收光的范围以及提高ZnO纳米管的耐光腐蚀性能.本文首先通过电化学合成的方法制备了ZnO纳米管,然后按照不同的W/Zn摩尔比将(NH4)6H2W12O40·XH2O滴加在纳米管表面,并在450°C下退火2 h制得ZnO-WO_3纳米管阵列.研究了不同WO_3含量的ZnO-WO_3纳米管光催化降解MCPA-Na性能,并且通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)等手段研究了复合WO_3纳米颗粒后ZnO纳米管半导体光催化性能提高的原因.XPS结果表明,W元素在ZnO-WO_3纳米管阵列中以W6+的形式存在.FTIR结果表明,复合WO_3后的ZnO-WO_3复合半导体上比纯ZnO纳米管表面具有更多的-OH基团.由于-OH可以捕获光生空穴,并转化为具有反应活性的OH自由基,因此复合WO_3能在一定程度上提高ZnO纳米管的光催化活性.UV-Vis结果表明,WO_3的复合使得光谱发生明显红移,但随着WO_3含量的增加,ZnO-WO_3的吸光度明显增加.另外,PL结果表明,适当的复合WO_3可以抑制光生电子-空穴的复合.这是因为W6+和晶格氧的相互作用产生了较高不饱和键和表面缺陷,而表面缺陷可以作为光生载流子的陷阱,促进了光生电子和空穴的分离,因而光催化性能提高.在模拟太阳光下研究了不同WO_3含量的ZnO纳米管对光催化降解MCPA-Na溶液的性能.发现W/Zn摩尔比为3%的ZnO-WO_3样品表现出最好的光催化活性,200 min内其降解率为98.5%.与纯ZnO纳米管相比,其光催化循环性能也有所提高.利用Mott-Schottky测试方法并结合UV-vis结果,我们计算得到不同WO_3含量的ZnO-WO_3复合半导体导带价带位置.由于WO_3导带位置和价带位置都比ZnO的更高,WO_3上产生的光生电子会向ZnO的导带移动,而ZnO光生空穴向WO_3的价带移动,从而促使光生电子和空穴的分离,提高了光催化性能.但是如果WO_3复合的量太大,则在ZnO纳米管上分散性不好,反而成为光生空穴和电子复合中心,导致其光催化活性降低.     

Fe掺杂ZnO空心微球的制备与光催化性能

ZnO是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,其能带宽度约为3.37eV,在光电子学、传感、光催化、发电等诸多领域都具有巨大的应用潜力。本文采用简单的离子交换和热蒸发法成功制备了Fe掺杂ZnO空心微球,并利用扫描电镜、透射电镜、X射线粉末衍射仪对其形貌、结构以及成分等进行了详细的表征。光吸收测试证明Fe元素掺杂能够扩展ZnO的光吸收波段,实现波长375~600nm的光波吸收。另外,光催化实验证明Fe掺杂ZnO空心微球能够有效地促进罗丹明B的降解,表明合成的Fe掺杂ZnO空心微球是一种优异的光催化剂。     

复相光催化剂WO_3/α-Fe_2O_3/W氧化水溶液中SO_3~(2-)的研究

光催化法处理废水的研究已引起国内外的重视,并取得了很大的进展。1977年Bard等首先报道了光催化氧化CN~-和SO_3~(2-),但他们所选用的光催化剂是TiO_2和ZnO,这两种半导体的禁带宽度分别为3.0eV和3.2eV,需要波长λ≤4100A的光才能使电子激发。自1983年以来,作者先后报道了选用     

微波辐射对纳米ZnO材料物理性质与光催化活性的影响

在采用沉淀法制备ZnO的过程中, 用不同功率(100, 150, 200, 250和300 W)的微波辐射ZnO前驱体, 获得了一系列纳米ZnO材料, 并对合成材料的晶型结构、 形貌及表面物理化学性质进行了表征. 结果表明, 与普通沉淀法制备的ZnO相比, 使用微波辐射后ZnO半导体材料的晶型仍为六方纤锌矿结构, 但吸收光谱发生了蓝移或红移, 且比表面积均有不同程度的增加. 同时, 微波辐射功率不同, ZnO形貌差异明显, 并随着微波功率变化分别呈现纳米颗粒、 椭圆形纳米团簇、 纳米片和球状纳米簇等多样化形态. 以罗丹明B为模型分子, 分别在紫外及微波辅助光催化条件下考察了所合成纳米ZnO材料的光催化性能. 结果显示, 经不同功率微波辐射作用后, ZnO的光催化活性均得到了不同程度的提高, 并且明显高于市售P25和未经微波辐射作用的ZnO.     

水热法制备高度取向的氧化锌纳米棒阵列

氧化锌的激子结合能(60meV)及光增益系数(300cm^-1)比GaN的(25meV,100cm^-1)还高,这一特点使它成为紫外半导体激光发射材料的研究热点。最近,Yang等成功地观测到规则的ZnO纳米线阵列的激光发射现象,更加激起了人们合成一维高度有序ZnO纳米结构的热情,由于一维ZnO     

基于纳米ZnO的白光LED

白光发光二极管被誉为第4代照明光源。ZnO纳米结构因含有大量本征和/或非本征缺陷使其除出现在紫外区域的带边发射外还能产生覆盖400-700 nm可见光范围的深能级发光,从而可用于白光LED。本文系统地介绍了将ZnO纳米结构应用于白光LED的几种器件构造,并评述了各自的性能特点和研究进展。因为直接基于ZnO纳米结构电致发光的白光LED需要施加较高的偏压,所以将ZnO纳米结构与p型半导体复合制成异质结成为了研究的热点。ZnO纳米结构的制备方法和形貌特性会影响白光LED性能,对ZnO纳米结构进行掺杂是提升性能的重要手段。此外,将ZnO纳米材料和聚合物的优点集于一体的ZnO/聚合物异质结构也在白光LED中具有广阔的发展空间。最后,指出了纳米ZnO在白光LED应用中存在的问题和今后的发展方向。